DHT11及DHT21温湿度传感器时序图解析(STM32)

嵌入式从0到1 2020-11-23 00:00

DHT11和DHT21是学习单总线通信中常见的传感器,在毕业设计中也常常用来测量环境的温湿度数据。

下面对DHT11和DHT21进行简单的对比:

DHT11:

测量范围:20-90% RH 0-50℃

测湿精度:±5% RH

测温精度:±2℃

分辨力:1

DHT11引脚说明(正面观看,左边的为1脚):


DHT21(AM2301):

测量范围:0-99.9% RH -40~+80℃

测湿精度:±3% RH

测温精度:±0.5℃

分辨力:0.1%RH/0.1℃


典型应用电路:

说明:

(1)、DHT11和DHT21供电范围都是3V~5.5V,对于STM32单片机,我们VDD引脚接3.3V即可;
(2)、DHT11的手册中说,SDA数据引脚接线长度短于20米时,用5K上拉电阻。大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻;
(3)、DHT11上电后,需要等待1s以越过不稳定状态,在此期间无需发现任何指令;本人尝试上电即读取,返回温湿度值都为0,1S以后温湿度值即可恢复正常;
(4)、电源引脚(VDD,GND)之间可增加一个100nF的电容,用以去耦滤波。

DHT11和DHT21的时序基本相同,下面以DHT11的时序图为例进行分析:

注意:

DHT11和DHT21的主线拉低的时间不同,DHT11主机(MCU)至少拉低18ms,DHT21主机(MCU)至少拉低500us,为了程序上兼容,我们一般将总线拉低25ms,这样DHT11和DHT21的驱动程序就可以兼容了。


DHT11总线驱动过程:

1、MCU发送开始起始信号
总线空闲状态为高电平,主机把总线拉低等待DHT11响应;
与MCU相连的SDA数据引脚置为输出模式;
主机把总线拉低至少18毫秒,然后拉高20-40us等待DHT返回响应信号;
2、读取DHT11响应
SDA数据引脚设为输入模式;
DHT11检测到起始信号后,会将总线拉低80us,然后拉高80us作为响应;
3、DHT11送出40bit数据

注意:

送出的数据高位在前。


40bit数据(5字节数据)数据包

DHT11

数据格式: 40bit数据=8位湿度整数+8位湿度小数+8位温度整数+8位温度小数+8位校验


DHT21

数据格式: 40bit数据=16bit湿度数据+16bit温度数据+8bit校验和

例子:  接收40bit数据如下:      

         0000 0010  1000 1100    0000 0001  0101 1111    1110 1110

                   湿度数据                            温度数据                    校验和

             湿度高8+湿度低8+温度高8+温度低8=和的低8=校验和

             例如:0000 0010+1000 1100+0000 0001+0101 1111=1110 1110

二进制的湿度数据   0000 0010  1000 1100 ==>转为十进制:652,除以10即为湿度值;

             湿度=65.2RH     

     

二进制的温度数据   0000 0001  0101 1111 ==>转为十进制:351,除以10即为温度值;

     温度=35.1℃      

             当温度低于0时温度数据的最高位置1

             例如:-10.1℃表示为1000 0000 0110 0101  


注意:DHT21温湿度数据为16位,DHT11数据为8位,所以尽管两者时序相同,却不能用同样的数据类型计算。


/** * @brief 读取40bit数据 * @param none. * @retval 1 读取成功,0读取失败. */int DHT11_ReadData(void){ unsigned int cout = 1; unsigned int T_H, T_L, H_H, H_L, Check; //设置IO为输出模式 DHT_Set_Output();  //1、MCU发送开始起始信号 DHT_ResetBit(); delay_ms(25); //拉低至少18ms DHT_SetBit();  delay_us(20); //拉高20~40us  //设置IO口为输入模式 DHT_Set_Input();  //2、读取DHT11响应 if(DHT_ReadBit() == Bit_RESET) { //等待80us的低电平 cout = 1; while(!DHT_ReadBit() && cout++);  //等待80us的高电平 cout = 1; while(DHT_ReadBit() && cout++);  //3、DHT11送出40bit数据 //读取8bit的湿度整数数据 H_H = DH21_ReadByte();  //读取8bit的湿度小数数据 H_L = DH21_ReadByte();  //读取8bit的温度整数数据 T_H = DH21_ReadByte();  //读取8bit的温度小数数据 T_L = DH21_ReadByte();  //读取8位的校验和 Check = DH21_ReadByte();  //校验数据是否合法,合法的话将数据保存到全局结构体变量中备用 if(Check == (H_H + H_L + T_H + T_L)) { DHT11.Hum_H = H_H; DHT11.Hum_L = H_L; DHT11.Tem_H = T_H; DHT11.Tem_L = T_L;  return 1; } else { return 0; } } return 0;}
上面读取40bit数据的函数中有一个读取单字节(8bit)数据的函数DH21_ReadByte();这里涉及到1bit数据到底是0还是1的判断规则。

数据'0'还是'1'判定规则:

位数据“0”的格式为:50 微秒的低电平和 26-28 微秒的高电平,
位数据“1”的格式为:50 微秒的低电平加 70微秒的高电平。

时序过程:
1、等待50us低电平结束
因为接收数据时,低电平的时间都是50us,该位数据到底是0还是1,取决于低电平后面的高电平的时间多少;
如果不考虑低电平的时间,我们可以简化程序,可以先等待低电平过去;
2、数据拉高后,判断30us后数据总线电平的高低
等待数据线拉高后,再延时30us,因为30us大于28us且小于70us,再检测此时数据线是否为高,如果为高,则数据判定为1,否则为0。

位数据“0”判定图


位数据“1”判定图


该函数的具体实现如下:

/** * @brief 读取8bit 数据 * @param none. * @retval none. */int DH21_ReadByte(void){ int data=0; char i; char cout;  for(i=0; i<8; i++) { //1、等待50us低电平结束 cout=1; while(!DHT_ReadBit() && cout++);  //2、数据拉高后,判断30us后数据总线电平的高低 //延时30us之后读取IO口的状态 delay_us(30);  //先把上次的数据移位,再保存本次的数据位。 data = data << 1;  if(DHT_ReadBit() == Bit_SET) {  data |= 1; }   //等待输入的是低电平(高电平结束),进入下一位数据接收 cout=1; while(DHT_ReadBit() && cout++); } return data;}


对40bit数据处理,得到温湿度数据:

/** * @brief 获取温度 * @param none. * @retval Temp, 温度值 */int DHT11_GetTem(void){ //return (DHT11.Tem_H << 8 | DHT11.Tem_L); //DHT21 return (DHT11.Tem_H*10 + DHT11.Tem_L); //DHT11}/** * @brief 获取湿度 * @param none. * @retval Hum,湿度值 */int DHT11_GetHum(void){ //return (DHT11.Hum_H << 8 | DHT11.Hum_L); //DHT21 return (DHT11.Hum_H*10 + DHT11.Hum_L); //DHT11}

注意:

上面函数得到的数据为真实温湿度值的放大10倍之后的值,使用时,需将函数的返回值除以10才为真实值;

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